نماذج حيوانية لزرع cochlear يمكن النهوض بمعرفة الأسس التكنولوجية لعلاج فقدان السمع الحسي الدائمة مع التحفيز الكهربائي. تقدم هذه الدراسة بروتوكول جراحية يصم الأذان الحادة وزرع cochlear صفيف القطب في الفئران، فضلا عن التقييم الوظيفي مع استجابة جذع الدماغ السمعية.
عملية زرع cochlear (رابطة الدول المستقلة) هي نيوروبروسثيتيك من الأجهزة التي يمكن أن توفر حاسة السمع للصم. ومع ذلك، لا يمكن استعادة CI جميع جوانب السمع. هناك حاجة إلى تحسين تكنولوجيا زرع إذا كان المستخدمين CI إدراك الموسيقى وأداء في بيئات أكثر طبيعية، مثل جلسة الاستماع إلى صوت مع المتكلمون المتنافسة وتأملات وغيرها من الأصوات. يتطلب تحسين مثل هذه الحيوانات التجريبية فهم أفضل لآليات التحفيز الكهربائي في القوقعة وردوده في نظام السمع كلياً. الفأر نموذج جذاب متزايدة بسبب العديد من النماذج الجينية المتاحة. ومع ذلك، الاستخدام المحدود لهذه الأنواع كنموذج CI يرجع أساسا إلى صعوبة غرس صفائف قطب كهربائي صغير. المزيد من التفاصيل حول العملية الجراحية، من ثم ذات أهمية كبيرة للتوسع في استخدام الفئران في البحوث CI.
ونحن في هذا التقرير، تصف بالتفصيل البروتوكول يصم الأذان الحادة وزرع cochlear صفيف القطب في سلالة الماوس C57BL/6. ونحن تثبت فعالية هذا الإجراء مع استجابة جذع الدماغ السمعية أثارت كهربائياً (عابر) الوظيفية وإظهار أمثلة لتحفيز العصب الوجهي. وأخيراً، نحن أيضا مناقشة أهمية بما في ذلك إجراء يصم الأذان عند سماع عادة باستخدام الحيوان. ويوفر هذا الطراز الماوس فرصة قوية لدراسة الآليات الوراثية والعصبية الحيوية التي ستكون ذات أهمية بالنسبة للمستخدمين CI.
عملية زرع cochlear (رابطة الدول المستقلة) هي الأجهزة الإلكترونية التي يمكن أن توفر شعورا بالاستماع إلى الناس مع فقدان السمع الشديد والعميق. فإنه يستخدم أقطاب مزروع جراحيا في القوقعة في الإذن الداخلية على تحفيز العصب السمعي مباشرة. وحتى الآن، كاريتاس الدولية البدلة الحسية الأكثر نجاحا وساعد أكثر من 600,000 شخص في جميع أنحاء العالم1. ومع ذلك، الجهاز يحتوي على أوجه القصور. أولاً، أن الفوائد التي يوفرها الجهاز تختلف اختلافاً كبيرا بين المتلقين. ثانيا، تعتبر الكلام في البيئات الصاخبة والموسيقى لا تزال تفتقر معظم CI المستخدمين.
لسنوات عديدة، استخدمت نماذج حيوانية فهم أفضل لهذه المسائل في البحوث CI والتحسين المستمر لسلامة وكفاءة الأجهزة. النماذج التي أعطت نظرة متعمقة في عدة ظواهر، مثل البلاستيك تغييرات في الدماغ تحدث بعد زرع CI2، أثر تطبيق العلاج الجيني للحفاظ على السمع المتبقية3، والخصائص الفيزيائية كهربائياً وحفز العصب السمعي4، من بين العديد من الأمثلة الأخرى.
الفئران كائن نموذج قوية نظراً لتوافر نماذج الصمم الوراثي الكبير. ميزات أخرى تشمل القدرة على التلاعب جينوم الفأر (مثل، عن طريق نظام كريسبر Cas)، المتقدم الفرصة لاستخدام تقنيات لدراسة آليات، وخاصة في الدماغ، ومعدل الإنجاب عالية، والتطور السريع التصوير و من السهل تربية والتعامل معها. التحديات التقنية الرئيسية في أداء العمليات الجراحية CI في الفئران هي صغر حجم القوقعة ووجود الشريان ستابيديال الكبيرة (SA). SA عادة يختفي خلال التطور الجنيني في البشر ولكن استمرت طوال الحياة في عدد من القوارض، بما في ذلك الفئران والجرذان واليرابيع. SA يعمل تحت إطار جولة المكانة، مما يزيد من تعقيد الوصول إلى القوقعة ويزيد من مخاطر العمليات الجراحية.
وقد أظهرت الدراسات السابقة جدوى زرع CI في الفئران5،،من67. ايرفينغ et al. أثبت أنه يمكن تحقيق التحفيز الكهربائي إينتراكوتشلير المزمن لمدة تصل إلى شهر واحد. التحفيز الحادة وأجرى أيضا ولكن لم تعرض التسجيلات. أنها أظهرت أن قسمها الشريان ستابيديال أي تأثير كبير على عتبة السمع أو العدد من دوامة العقدة العصبية وأن التطبيق الموضعي من النيوميسين امينوغليكوزيد، المخدرات السامة، إجراء فعال يصم الأذان في 5من الفئران. سكين وآخرون وصف نهج الظهرية معدلة للقوقعة الفأرة من خلال نافذة جولة أفضل الحفاظ على مركز الاستماع6. بعد إدراج سلك البلاتين الايريديوم، لوحظ استماع المتبقية كبيرة مع استجابة جذع الدماغ سمعية زيادة عتبة 28 dB (ABR). أوتواكوستيك الانبعاثات (عملية) فقدت في الحيوانات الكبيرة ABR عتبة تحولات6. ميستري et al. اختبار للآثار الفنية ونسيجية لغرس في غياب التحفيز الكهربائي7. على الرغم من المحافظة على السمع في كل 3 و 6 أشهر من العمر الفئران مزروع في الترددات المنخفضة، أدى زرع الأنسجة مثل التليف حول عملية الزرع وأوستيونيوجينيسيس حول بولوستومي7.
وباختصار، يوضح واحد فقط من أصل ثلاث دراسات في رابطة الدول المستقلة في الفئران، تسجيل الوظيفية لتحفيز CI. ايرفينغ والزملاء إجراء تسجيلات عابر الحاد والمزمن على حد سواء ولكن فقط أظهرت بيانات من التحفيز CI المزمنة5. نموذج المزمنة مع أحد الأجهزة القابلة للغرس تماما وضعت بها ايرفينغ et al غير تحديا من الناحية التقنية. هو لم يعرف بعد ما إذا الحادة CI التحفيز، أقل صعوبة وأسرع، ويمكن تحقيق نتائج مماثلة.
رابطة الدول المستقلة تستخدم من قبل الناس مع فقدان السمع الشديد والعميق الذي لم يعد يستفيد من المعينات السمعية. ولذلك نماذج حيوانية للمستخدمين CI وينبغي أن تشمل إجراء يصم الأذان عند سماع عادة ما تستخدم الحيوانات. وهناك سبب آخر ديافين الحيوانات استماع أن التحفيز الكهربائي للصم أو جلسة استماع القوقعة تنتج مختلف الاستجابات العصبية4،،من89،10،11، 12. التحفيز الكهربائي للقوقعة الصم مباشرة ينشط ألياف العصب السمعي ويولد استجابة اليكترونيورال (α). ويتميز بزمن قصير ومجموعة ديناميكية صغيرة في محيط8،10. من ناحية أخرى، يثير التحفيز الكهربائي من القوقعة السمع أيضا خلايا الشعر في استجابة اليكتروفونيك (β) التي تتميز بالاختفاء أطول وأكبر مجموعة ديناميكية4،11. استجابة اليكتروفونيك يعزى إلى الإثارة العادية من الألياف العصبية من خلايا الشعر الداخلية، تقلص الخارجي الشعر الخلايا المستحثة كهربائياً، وتوليد موجه السفر4. الردود اليكترونيورال واليكتروفونيك يؤدي أيضا إلى نمطين من أنماط مختلفة من النشاط في الجهاز العصبي المركزي9. وسجل ساتو et al. midbrain الخلايا العصبية من خنزير غينيا CI مزروع قبل وبعد يصم الأذان مع النيوميسين، الذي يقضي بمساهمة اليكتروفونيك. أنها أظهرت أن منحدر الدالة معدل مستوى أشد انحدارا وإطلاق معدلات أعلى في حالة ديفينيد مقارنة ب شرط استماع9. ولذلك، اعتماداً على ذكر مسألة البحث، من المهم النظر بما في ذلك يصم الأذان اليكتروفونيك منفصلة والردود اليكترونيورال على التحفيز الكهربائي للعصب السمعي.
هنا، يمكننا وصف الإجراء يصم الأذان الحادة وزرع cochlear صفيف القطب في ماوس وكذلك تسجيل الوظيفية للتحفيز الكهربائي إينتراكوتشليار مع استجابة جذع الدماغ السمعية أثارت كهربائياً (إيبر).
وتصف هذه المخطوطة النهج الجراحية يصم الأذان الحادة وزرع cochlear في الماوس، فضلا عن التقييم الوظيفي لتحفيز CI مع استجابة جذع الدماغ السمعية. على الرغم من أن القوقعة الفأرة الصغيرة والجراحة صعبة، الطراز الماوس CI عمليا ويخدم كأداة قيمة في البحوث السمعي.
الشريان ستابيديال موجود في الإذن الوسطى من الماوس. الشريان الذي يدخل الفقاعة ميديالى الخلفي، ويمتد إينفيريورلي إلى مكانة نافذة جولة ومن ثم ﻷسلحته مكانة نافذة بيضاوية. في التطوير الأولى للطراز الماوس، نحن بصدمات قاتلة داخل منطوق النزيف التالي للشريان ستابيديال، أساسا أثناء الوصول إلى الفقاعة. نتيجة لذلك، نحن تكييفها مع اتباع نهج أكثر محدودية والوصول إلى الفقاعة في خطوات تشريح أصغر حجماً وصقلها. ولوحظ بعد ذلك لا مضاعفات أخرى بسبب النزيف. وعلى الرغم من حقيقة أن الكي الشريان ستابيديال له أي تأثير كبير على عتبة السمع أو عدد من دوامة العقدة العصبية في الفئران5، في رأينا، أنها لا لزوم لها طالما أن تؤخذ قدر كبير من العناية والاهتمام أثناء الجراحة. ونقترح اتخاذ الوقت اللازم لتطوير المهارات الحركية الدقيقة، والوصول إلى الكفاءة التقنية. عادة ما يكون متوسط الوقت من شق الأولية للإغلاق حول الصفيف القطب مزروع ح 1 – 1.5.
جراحة CI الحادة الموصوفة في الفئران مشابه للإجراء “البطني” والإدراج في إطار جولة المستخدمة في القوارض الأخرى، بما في ذلك الفئران واليرابيع21،،من2022. واستخدمت دراسات أخرى القوارض “نهج الظهرية” مع كوتشليوستومي القاعدية بدوره بدلاً من إدراج إطار جولة، تجنب SA تماما وإدخال الصفيف أكثر شدة6،،من2324. غرس جمعية التحفيز المزمنة في الفئران يتبع نفس الخطوات كما هو موضح في هذا البروتوكول بالإضافة إلى شبكة دكرون لإصلاح عملية الزرع والرعاية بعد الجراحة5.
التحديات التقنية الرئيسية عند إجراء العمليات الجراحية CI في الفئران هي صغر حجم القوقعة مقارنة بالقوقعة الجرذان واليرابيع، ووجود SA كبيرة. SA موجودة أيضا في الفئران ولكن ليس في اليرابيع. وبالإضافة إلى ذلك، نظراً للفئران أصغر من الفئران واليرابيع، وهم أكثر عرضه للعمليات الجراحية.
للقضاء على الردود اليكتروفونيك في التسجيلات عابر وتقليد فقدان الشعر خلية موجودة في معظم CI المستخدمين، نحن سمعيا الحيوانات قبل الإدراج CI. الفئران ويصعب ديفين أوتوتوكسيكالي المجراة في25 لأن تركيزات الامينوجليكوزيدات المطلوبة لسبب مؤقت الجهازية نافذة ضيقة جرعة: انخفاض جرعات تعطي على مدى عدة أيام النتائج في عدم فقدان خلايا الشعر حين حقنه واحدة جرعة أعلى يمكن أن تكون فتاكة26. أيضا، هو قابلية الامينوجليكوزيدات تعتمد السلالة26. بيد أنه قد ثبت أن جرعة وحيدة من الامينوجليكوزيدات بالاقتران مع حلقة مدر للبول يمكن أن تنتج فقدان خلايا الشعر الخارجي المفرط في الفئران CBA/كي دون عواقب مهلكة27. أبلغ عن موت الخلية الشعر الداخلية تأخر في نصف جميع كوكليا درس27.
في هذه المخطوطة، قمنا باستخدام التطبيق الموضعي من النيوميسين الامينوجليكوزيدات مستوحاة من البروتوكول أنشأت مؤخرا ل الفئران C57BL/65. الطلب الحاد من النيوميسين زيادة كبيرة على عتبة السمع أثارت انقر فوق بالديسيبل 46 ± 6.1. على الرغم من أن هذه الزيادة أكبر من الزيادة 35 dB عنها ايرفينغ et al. (مقابل ما قبل ما بعد الجراحة: 41.6 dB ± 3، 3 مقابل 76.6 ديسيبل ± 4.4, p = 0.02، n = 3) 5، حققنا نفس الحد الأدنى يصم الأذان بعد (75.7 dB ± 3.7 مقابل 76.6 ديسيبل ± 4.4). النيوميسين 0.05% يعتقد أن تسبب فقدان السمع، أساسا بموت الخلية الشعر الخارجي السريع، جزئية كما الخسارة الداخلية الشعر خلية يأخذ وقتاً أطول لتحدث27. ولذلك فمن الممكن أن الاستجابة اليكتروفونيك، وإنشاء كلا من الداخلية وخلايا الشعر الخارجي4،،من89،10،،من1112، فقط القضاء جزئيا في صمت الحيوانات مع السمع المتبقية. على الرغم من أن النيوميسين 0.05% (وزن/حجم) ليس إنقاص العدد من دوامة العقدة العصبية 4 أسابيع بعد يصم الأذان5، حتى الآن مجهول إذا النيوميسين في الإعداد لدينا الحادة تؤثر على ألياف العصب السمعي أو يروج سينابتوباثي (فقدان نقاط الاشتباك العصبي بين خلايا الشعر الداخلية ونوع أنا السمعي العصب ألياف). عدم اليقين آخر أن معاملة النيوميسين الموضعية قد لا يؤدي إلى توزيع موحد لفقدان الشعر خلية على طول القوقعة. الدراسات المستقبلية المطلوبة للإجابة على هذه الأسئلة.
وخلاصة القول، جعل العدد المتزايد من النماذج الجينية للإنسان الصمم والبيوكيميائية الأدوات المتاحة الماوس نموذج حيوان جذاب للبحوث السمعية، بما في ذلك ميدان رابطة الدول المستقلة.
The authors have nothing to disclose.
الكتاب يود أن يشكر بيير ستال، أوتيكون الطبية، نيس، فرنسا، لتوفير “منصة التحفيز الحيوان” والمشورة على نماذج التحفيز، وجيمس باء فالون وأندرو ك. الحكمة من معهد بيونيك، ملبورن، أستراليا، للمشورة الجراحية . وأيد هذا العمل بمنحه من “مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية” (منحة نقل منسق الإغاثة الطارئة إلى T.R.B.).
Hardware | |||
Sound-proof booth | IAC Acoustics, Winchester, UK | Mac-2 Enclosure RF Shielded Box 2A | |
MF1 Speaker | Tucker Davis Technologies (TDT), FL, USA | ||
PCB microphone | PCB Piezotronics, Inc, NY, USA | Model 378C01 | |
Low impedance headstage | TDT, FL, USA | RA4LI | |
Medusa pre-amplifier | TDT, FL, USA | RA4PA | |
RZ6 auditory processor | TDT, FL, USA | ||
Animal Stimulator Platform | ASP, Oticon Medical, Nice, France | ||
Multimeter | Fluks | #115 | |
Surgical equipment | |||
Closed-loop heating pad | FHC, Inc. ME, USA | ||
Eye ointment | Alcon, CH | Lacrinorm Augengel | |
Acoustic foam | Otoform Ak, Dreve Otoplastik GmbH | #464 | |
Disposable subdermal needle electrodes | Horizon, Rochester Electro-Medical Inc. | S83018-R9, 27G | |
Self-retaining retractor tool (Mini Collibri Retractor) | Fine Science Tools | #17000-01 | |
Suction wedges | Agnthos, SE | #42-886-460 | |
Absorbable paper point (Medium) | WPI, FL, USA | #504182 | |
Intracochlear electrode array | Bionics Institute, Melbourne, Australia | 4 channel | |
Spongostan Standard | Ferrosan Medical Devices | #MS0002 | |
Tissue glue. Loctite 4161 Superbond | Henkel | Part No 19743 | |
Animal Stimulator Platform (ASP) | Oticon Medical, Nice, France | ||
Drugs/chemicals | |||
Ketamine (Narketan) | Provet AG, CH | 100mg/mL, #VQ_320265 | |
Xylazine (Rompun) | Provet AG, CH | Inj Diss 2%, # 1315 | |
Bupivacaine | Compendium, CH | Bupivacain Sintetica inj Diss 0.5% | |
Atropine (Atropinesulfat Amino) | Amino AG, CH | 1 mg/ml | |
Betadine (Povidone/iodine) | Provedic, CH | ||
Neomycin (Neomycin trisulfate salt) | Sigma | N1876-25G, Lot#WXBB7516V | |
Software | |||
BioSigRZ | TDT, FL, USA | ||
Matlab | MathWorks, MA, USA | ||
ASP software | Oticon Medical, Nice, France |